Propulsi pesawat ruang angkasa adalah istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan berbagai metode yang telah digunakan, sedang digunakan, dan yang mungkin digunakan di masa depan untuk memungkinkan pesawat ruang angkasa berakselerasi dan melambat saat berada di atmosfer bumi atau saat bepergian di luar angkasa. Sistem propulsi pesawat ruang angkasa saat ini dan bersejarah umumnya jatuh ke dalam salah satu dari dua kategori; sistem bahan bakar padat dan sistem bahan bakar cair. Pesawat ruang angkasa masa depan mungkin didukung oleh sistem propulsi nuklir, elektromagnetik, atau ion.
Banyak yang percaya bahwa roket berbahan bakar padat pertama kali digunakan sebagai senjata pada awal abad ke-13 dan semua roket yang dikembangkan hingga awal abad ke-20 ditenagai oleh bahan bakar padat. Sistem propulsi bahan bakar padat umumnya kurang volatil dibandingkan sistem propulsi berbahan bakar cair, yang dapat membuatnya lebih mudah disimpan untuk waktu yang lama dan membuatnya lebih aman untuk digunakan. Kelemahan dari sistem bahan bakar padat adalah bahwa setelah dinyalakan, mereka tidak dapat dimatikan sampai semua propelan telah terbakar.
Ketidakmampuan untuk mematikan mesin saat dibutuhkan telah mencegah penggunaan sistem bahan bakar padat sebagai dasar utama untuk sistem propulsi pesawat ruang angkasa, yang umumnya membutuhkan kemampuan untuk menghidupkan dan mematikan mesin saat dibutuhkan. Namun, sistem bahan bakar padat telah menemukan tempat yang konsisten sebagai bagian dari sistem propulsi peluncuran pesawat ruang angkasa. Pendorong roket padat secara konsisten menjadi komponen sistem peluncuran untuk program luar angkasa Rusia sejak peluncuran Sputnik I pada tahun 1957. Amerika Serikat juga telah menggunakan penguat bahan bakar padat untuk program pesawat ruang angkasa tak berawaknya sejak akhir 1950-an dan sistem Pesawat Ulang-alik digunakan pendorong roket padat terbesar yang digunakan untuk penerbangan luar angkasa berawak hingga saat ini.
Roket berbahan bakar cair pertama diluncurkan oleh ilmuwan Amerika Robert Goddard, yang dianggap sebagai bapak peroketan modern, pada akhir 1920-an. Goddard percaya bahwa roket berbahan bakar cair memberikan lebih banyak tenaga dan lebih efisien daripada roket berbahan bakar padat. Roket berbahan bakar cair membuka jalan bagi pengembangan mesin roket yang lebih besar dan lebih kuat serta sistem propulsi yang suatu hari akan mengantarkan Zaman Antariksa. Sistem propulsi bahan bakar cair menggunakan bahan bakar, seperti hidrogen cair, minyak tanah atau alkohol dan oksidator seperti oksigen cair. Oksidator menyediakan oksigen yang diperlukan untuk menyalakan dan membakar bahan bakar, yang pada gilirannya memungkinkan sistem propulsi pesawat ruang angkasa bekerja di lingkungan ruang tanpa oksigen.
Banyak ahli setuju bahwa eksplorasi berawak tata surya akan membutuhkan sistem propulsi pesawat ruang angkasa masa depan yang didasarkan pada teknologi seperti ion atau tenaga nuklir yang mungkin lebih efektif dan efisien dan membutuhkan bahan bakar lebih sedikit daripada sistem propulsi pesawat ruang angkasa saat ini. Mesin ion pada dasarnya menciptakan medan listrik dengan mengionisasi gas. Ion, atau atom bermuatan, kemudian dipaksa keluar, menciptakan daya dorong. Sistem propulsi pesawat ruang angkasa nuklir akan bekerja melalui penggunaan reaktor nuklir yang memanaskan bahan bakar cair, seperti hidrogen cair, dan memaksanya keluar dari mesin, menciptakan daya dorong yang diperlukan.